脱硫废弃物改良碱化土壤机理及其过程的模拟研究

碱化土壤是目前改良难度最大的劣质土壤之一，其改良过程中发生的复杂物理、化学过程的定量化研究一直是土壤科学中的热点问题。本项目以解决脱硫废弃物改良碱化土壤过程中土壤质量变化过程的定量表征和影响因素及其作用机理分析为根本目的；在深入分析各因素在碱化土壤改良过程中对土壤结构非均质性影响的基础上，借助多重分形理论对土壤结构的非均质演化过程进行定量表征，分析土壤结构与土壤碱化度之间的关系，运用分数微分对流弥散方程模拟碱化土壤改良过程中主要离子的迁移转化规律，分析土壤结构多重分形参数与溶质运移参数之间的关系，提出脱硫废弃物改良碱化土壤的最佳施用模式，为深入研究碱化土壤改良与防治以及农田土壤水分管理提供一定的理论依据。

土壤盐碱化一直是影响世界粮食安全的重要问题，对于碱化土地的改良和再利用是维系和保证我国粮食安全的重要方法。对于含Na+高，土壤颗粒弥散度高的碱化土壤，利用化学改良方法用Ca2+与Na+进行置换后，将多余的Na+排出土体是公认的改良方法。应用一种含Ca2+量大同时价格低廉的脱硫废弃物来改良碱化土壤具有替代石膏从而被广泛使用的潜力。而对于利用脱硫废弃物改良碱化土壤过程中土壤结构变化和溶质运移模拟方面的研究还比较少。. 本项目以受土壤盐碱化影响较严重的河套灌区为主要研究对象，在河套地区进行了多年的田间试验和跟踪监测，同时在室内进行了改良过程的机理性研究。项目综合分析了不同脱硫副产物施用量对土壤物理化学指标、剖面上盐分分布以及作物生长指标的影响，长期改良和淋洗可以显著降低表层土壤碱化度和盐分含量，提高作物在生长期间的发育状况。在此基础上，运用原状土CT扫描技术对土壤的孔隙及团聚体结构进行了观测，应用了分形理论对改良过程中孔隙结构变化进行了定量化研究，证明了脱硫废弃物配合灌水淋洗的综合措施可以提升土壤大孔隙、中孔隙数量并影响孔隙的空间分布，同时增加土壤的透水性；土壤孔隙结构参数与土壤水分运动参数间具有显著的相关关系。. 项目通过在河套地区不同类型盐碱地的取样观测，应用激光粒度观测技术和分形和多重分形理论，对河套地区不同碱化土的颗粒粒径分布特性进行了探索，研究发现表层土壤碱化会使土壤粘土颗粒数量减小，同时土壤碱化会使土壤颗粒的分布趋向复杂化。.室内淋洗和穿透试验验证了淋洗过程对于改良效果的重要性，同时根据出流液pH，EC以及盐分组成，2孔隙体积的淋洗量对于掺混脱硫副产物改良过程即有显著的效果，同时也有助于保持提升土壤的保水保肥能力。. 根据碱化土壤改良过程中主要影响性离子的迁移过程，并基于研究结果提出了适用于以干旱、半干旱气候为主要特征的北方渠灌区的碱化土壤改良模式。本项目通过室内外试验相结合的方法进一步研究了脱硫废弃物改良过程的机理，为实际脱硫废弃物的施用提供了理论指导。